Indirekte Verdunstungskühlung spart Betriebskosten

Die Fakultät für Chemie und Pharmazie der Ludwig- Maximilians-Universität München ist ausgestattet mit Seminarräumen, Hörsälen für bis zu 680 Personen, einer Bibliothek, biochemischen Laboren, Isotopenlaboren sowie Kernspintomographen und einem Fermenter. Speziell in der Laborumgebung mit vielen Mess- und Analysegeräten, mit Trockenschränken, Filtrationsapparaten, Zentrifugen und Feinmechanik ist ein optimales Raumklima ein wichtiger Faktor nicht nur für die Qualitätssicherung, sondern auch für die Gesundheit und Leistungsfähigkeit der Forschenden und Studierenden.

Ludwig-Maximilians-Universität (LMU), München – Technologie Campus Bild: Condair GmbH, Garching

Zu einem gesunden Arbeitsklima gehört die Vermeidung von zu hohen Innenraumtemperaturen. Doch in modernen Gebäuden mit dichter Gebäudehülle ist der Erhalt von Innenraumtemperaturen zwischen 19 und 26 °C, wie es die Arbeitsstättenverordnung vorschreibt, ohne Klimatisierung im Sommer nicht möglich.

Kühllast durch Verdünstungskühlung reduzieren

Der sensible Kühlenergiebedarf eines Gebäudes wird im Wesentlichen durch die einfallende Sonnenstrahlung sowie innere Wärmelasten von Personen, Geräten und Beleuchtungsanlagen bestimmt. So erhöhen am HighTech Campus der LMU München etwa die Glasfassaden der 1998 errichteten Gebäude die Kühllast. Angestrebt wird hier eine Raumlufttemperatur von 21 °C.

Um die Energiekosten für die Klimatisierung zu verringern, hat man bei dem Bauprojekt von Anfang an auf das Prinzip der indirekten Verdunstungskühlung gesetzt: In der RLT-Anlage wird im Abluftstrom Wasser verdunstet, wodurch sich dieser abkühlt. Denn die Änderung des Aggregatzustands von flüssig zu gasförmig erfordert Energie, die der Luft in Form von Verdampfungswärme entzogen wird. Die abgekühlte Abluft wird dann über einen Wärmetauscher geleitet, um die warme Außenluft (Zuluft) von draußen mit der kalten Abluft zu kühlen. Dabei kommt es zu einem Wärmeübertrag, jedoch zu keinem materiellen Austausch zwischen den beiden Luftströmen.

Die erzielbare Abkühlung der Zuluft ist von der verdunsteten Wassermenge auf der Abluftseite und der Bauart sowie dem Wirkungsgrad der eingesetzten Wärmerückgewinnung abhängig.

Die verdunstete Wassermenge wiederum hängt neben der Luftgeschwindigkeit, mit der der Verdunstungskörper durchströmt wird, von der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit ab, die die Abluft bereits enthält. Je wärmer und trockener die Abluft ist, desto mehr Verdunstungsfeuchte kann sie aufnehmen und desto höher fällt die erzielte Temperaturabsenkung aus.

Austausch mit Effizienz im Blick

Am HighTech Campus der LMU München waren bis dahin so genannte Laminarbefeuchter im Einsatz, bei denen das Wasser zum Verdunsten über Lamellen aus glasfaserverstärktem Kunststoff getröpfelt wurde. Nach jahrelanger Nutzung waren diese schließlich inkrustiert, ein Austausch dringend nötig.

„Nach einer Vergleichsanalyse haben wir uns für den Wechsel von zehn Anlagen auf ein energieeffizienteres und nachhaltigeres Modell entschieden“, sagt der beauftragte Fachplaner Bernhard Nimbach von der Nimbach Ingenieur- und Beratungsgesellschaft GmbH. Nach der Ausschreibung erhielt die Installationsfirma den Zuschlag für die Umsetzung mit dem Verdunstungskühler Condair ME.

LMU, Technikraum der Fakultät für Chemie und Pharmazie, Herr Dipl. -Ing. (FH) Andrej Arnold, Condair GmbH (links), Herr Dipl. -Ing. (FH) Bernhard Nimbach, Nimbach Ingenieur- und Beratungsgesellschaft GmbH (rechts) Bild: Condair GmbH, Garching

Die Verdunstungskühler werden je nach Anlagenkonfiguration in Anhängigkeit der zu kühlenden Luftmenge mit einem Auslegungsprogramm dimensioniert. Bei Bedarf wird die Kühlung aktiviert und das Befeuchtungswasser wird dann über die Verdunstungskörper geleitet. Eine genaue Leistungsregelung ermöglicht eine sparsamere Betriebsweise. Wird die Kühlung über einen längeren Zeitraum nicht benötigt – zum Beispiel während der Heizperiode – können die Verdunstungskörper einfach und schnell ausgehängt und der Luftwiderstand dadurch eliminiert werden. Auch das spart Energie.

Verdunstungskühler Condair ME Bild: Condair GmbH, Garching

„Überzeugt hat uns der mit Polyestervlies bestückte Verdunstungskörper“, ergänzt Bernhard Nimbach. Denn der große Nachteil bei den bislang verwendeten Modellen seien die Lamellen aus glasfaserverstärktem Kunststoff gewesen. Das elastische Polyestervlies des Condair ME hingegen ist unbedenklich – und es kann, anders als die Glasfaser-Lamellen, bedenkenlos entsorgt werden.

Verdunstungskörper mit Polyestervlies Condair ME Bild: Condair GmbH, Garching

Fazit

Die eingesetzten zehn Anlagen mit einer Gesamtverdunstungsfläche von 75 m² erreichen im Auslegungsfall eine Kühlleistung von fast 2 MW. Durch diese Vorkühlung der Zuluft mittels indirekter Verdunstungskühlung können nachgeschaltete Kühlregister deutlich kleiner dimensioniert und kostengünstiger ausgeführt werden.

In der Fakultät für Chemie und Pharmazie der LMU München wird sogar in Teilen ganz darauf verzichtet – die Klimatisierung funktioniert dort rein über indirekte Verdunstungskühlung.

Diese Art der energetisch nachhaltigen Kühlung ermöglicht grundsätzlich eine deutliche Reduzierung der Stromkosten für die mechanische Kälteerzeugung.

Eine Information der Condair GmbH, Garching